EBZ260掘進機電控系統設計

張金碑++李洪濤

摘 要：電控系統是EBZ260掘進機的重要組成部分，它控制著所有電氣元件的動作。本文根據掘進機的動作要求和電氣元件的參數，對整個控制系統進行了模塊化設計，利用各種傳感器和PLC對整機的運行狀態進行實時監控，并具備完善的保護功能。

關鍵詞：模塊化；傳感器；實時監控；雙級保護

EBZ260掘進機適用于煤礦井下半煤巖或全巖巷道的掘進工作，也可在鐵路、公路、水利工程隧道施工中使用，屬于機電液一體化設備，其中電控系統的技術水平決定掘進機的智能化程度。

EBZ260掘進機的電控系統主要是由電控箱和操作箱兩部分組成，它們和截割電機、油泵電機、二運電滾筒、電鈴外部元器件共同構成了掘進機的電氣系統。

1 總體要求

電控系統要求能夠控制執行元件的啟動停止和電磁閥的開關，通過各種傳感器檢測部分執行元件的運行狀態，并提供相應的保護功能。該系統應具有程序化、模塊化、可靠性高、抗震動、抗干擾等特點，能夠顯示系統工作電壓、各電機運行狀態和工作時間等內容，使掘進機操作者對機器工作情況一目了然。

2 控制對象分析及主回路設計

電控系統的控制對象主要包括與電氣相關的執行元件和液壓系統中的電磁閥，主要有截割電機、油泵電機、二運電滾筒等，技術參數如表1所示。

由上表可得出系統的供電電壓為1140V。總電流最大約為282A，選用額定電流為400A隔離開關即可滿足要求。

截割電機內部有兩套獨立的線圈，對應兩種不同的轉速和功率，需要兩個真空交流接觸器來控制它的動作，可選用SIEMENS的3RT10.6系列接觸器，同樣控制油泵電機和二運電滾筒的接觸器也選用該系列。

以上各電動機在啟動和停止瞬間會產生較大的自感電動勢，為防止損壞其他電氣元件，每個電動機的主回路中還需要增加阻容吸收裝置。

隔爆電鈴、照明燈和電磁閥等元件的工作電壓等級不同，可通過變壓器和本安電源獲得，輸入電壓為1140V AC，輸出電壓等級至少需要包含24V、127V、220V。綜上所述，可設計出主回路圖紙，如圖1所示。

3 控制回路設計

控制回路以松下FPG-C32T型PLC為核心控制單元，具有體積小、速度快、可靠性高、擴展能力強等特點，輸入端最多可以擴展至24路模擬量。PLC接受外部傳感器和按鈕開關的輸入信號，通過內部程序處理，使中間繼電器動作，控制交流接觸器的吸合或斷開。

3.1 操作按鈕

根據控制要求每個電動機需要啟動和停止兩個按鈕，急停、電鈴和PLC復位各自需要一個按鈕，屏幕參數設置需要四個按鈕，本系統中選用瑞士eao按鈕，防護等級高達IP68，安裝方便，可靠性極高。設計完成后操作面板如圖2所示。

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3.2 傳感器

在掘進機控制系統中，需要對某些元件的參數進行檢測，并將信號傳送給PLC，由PLC根據這些信號判斷系統運行是否正常，并作出相應動作。

3.2.1 溫度變送器

電機在運行過程中會產生熱量，導致溫度升高，溫度過高時將會導致密封損壞，軸承的滾動體和內外圈的硬度下降，整個電機壽命縮短。油箱中的液壓油是整個液壓系統的工作介質，油溫過高將造成液壓元件的密封性能下降，因此需要監測電機繞組和液壓油的溫度。

截割電機和油泵電機內部都預埋了PTC和PT100。 PTC為繼電器形式，開關量輸出，但PT100為電阻信號，PLC無法直接處理，需要用隔離柵將其轉化為4-20mA的電流信號，然后傳入到PLC中。此處選用STWB-TR4型溫度變送器，不僅提高抗干擾能力，而且能夠同時轉換4路電阻信號。

油箱中選用GWP200Z型溫度變送器，該變送器為不銹鋼材質，前部帶有探頭，可插入到液壓油中測定溫度值，測量范圍為0-200℃，輸出形式為4-20mA的電流信號。在主程序中對油溫的監測也采用了雙級保護，即當液壓油溫度升至70℃和90℃時，系統會報警或停機，溫度恢復正常值前報警會持續。

3.2.2 液位控制器

液壓系統工作過程中會有油液損失，油箱液位過低可能導致液壓系統中的組合變量泵吸空，空氣進入到液壓管路中在巨大的壓力作用下造成氣蝕，對液壓元件損害極大。選用YKJD系列液位繼電器對頁面高度進行監測，當液面高度低于設定值時，系統發出報警，提醒工作人員油箱液位低，加油至規定值后可重新開機。

3.2.3 壓力傳感器

液壓系統額定工作壓力為25MPa，當壓力過低時馬達或油缸動作無力，壓力過高時會對液壓膠管和其他元件造成破壞。在泵的出油口處安裝了GPD60（B）隔爆型壓力變送器，測量范圍為0-60MPa，輸出信號為4-20mA，PLC檢測到壓力異常時會發出聲光報警。

3.2.4 壓力控制器

外噴霧工作壓力不小于1.5MPa，當水壓過低時將影響噴霧降塵效果。在外噴霧管路中增加GPD10K隔爆型壓力控制器，可在1-10MPa范圍內任意設定一個壓力值，當壓力過低時繼電器觸電動作，將信號傳入PLC中，系統發出水壓過低的報警信號，可以實現水電閉鎖、壓力切斷等保護功能[1]。

4 主控器

主控器是整個電控系統中最重要的部分，本設計中將PLC、本安電源、繼電器板和光耦板集成到一個不銹鋼箱體內，作為主控箱。所有控制線從主控箱前側的接線端子中引出，實現了主控器的模塊化設計，如果使用過程中某個元件出現問題，直接更換主控箱即可。

5 結語

本套電控系統具有操作簡單，維護方便可靠性高的特點，經實踐證明能夠滿足EBZ260掘進機的所有動作要求，并具備全面的保護功能，提高了掘進機的智能化水平。

參考文獻：

[1]孫章虎.新型掘進機水系統的設計[J].煤礦機械，2012，33（10）：156-157.

作者簡介：張金碑（1984-），男，山東菏澤人，本科，助理工程師。endprint